北斗衛星導航系統的擴散特征與創新路徑研究

黃韋 張寶龔 江王超

摘要：根據我國家社會經濟發展以及國家安全的需要，我國自主研發、構建了北斗衛星導航系統。經過多年的發展與創新，現階段能夠為全球廣大用戶提供高精度及高可靠性的導航、定位以及授時等服務。本文對北斗衛星導航系統的發展歷程、北斗衛星導航定位系統的簡述，以及北斗衛星導航系統所具備的創新屬性與要素特點進行了簡要的分析，并提出了幾點簡單的創新路徑。

關鍵詞：北斗衛星導航系統創新擴散擴散特征

我國獨立自主研發的北斗衛星導航系統，從開始投入使用到現在經歷了多年的創新和發展，在此過程中，已經在國際范圍內進行了有效的普及與應用，但隨著社會的不斷進步和廣大用戶需求的不斷提升，仍然需要進行系統的不斷創新。

1北斗衛星導航系統的發展歷程

1.1雙星導航定位系統的發展過程

自20世紀70年代以來，國際社會開始對衛星導航定位系統進行研究與探討，不斷提出了單星導航系統、雙星導航系統、三星導航系統與四到五星區域性導航系統方案，還對多星全球定位系統進行了設想，將通信與導航定位等綜合應用問題提上了研究與實施日程。但在實踐過程中，由于各方面因素的影響，這些設想和研究方案都沒有最終實現。

20世紀80年代，美國提出并研發成功的GEOSTAR系統就屬于雙星導航定位系統。在之后的具體實施過程中，由于GPS衛星導航系統的迅速興起與發展，使得GEOSTAR系統不再能引導導航定位系統的主流，從而宣告失敗。同時期，我國“兩彈一星”榮譽獲得者陳芳允院士提出了雙星導航定位的技術設想，并提出了技術構建基本路線。在此設想的研究基礎上，20世紀90年代中期，我國北斗衛星導航系統研究項目正式成立[1]。

1.2北斗衛星導航定位系統的構建歷程

我國第一顆北斗導航試驗衛星在2000年10月發射成功后，為構建北斗衛星導航系統奠定了堅實的技術基礎。2個月后，我國第二顆北斗導航試驗衛星搭載長征三號甲運載火箭在西昌衛星發射中心成功升空，與之前的試驗衛星共同構成了北斗導航體統。在2003年，我國又成功發射了一顆備份星，與前兩顆工作衛星共同組成了我國第一個北斗衛星導航定位系統，也就標志著我國自此成為在國際社會中繼美國全球定位系統與俄羅斯格洛納斯衛星導航系統后，第三個擁有衛星導航定位系統的科技發國家。

2北斗衛星導航定位系統的簡述

北斗衛星導航定位系統主要由以下3個部分組成。一是空間衛星構成部門，主要由一顆在軌備份衛星和兩顆靜止地球衛星組成，兩顆地球靜止衛星的在軌位置分別為赤道面東經80°與140°，經度相距60°的距離，備份衛星的星位為赤道面東經110.5°。在國際電信聯盟中，北斗衛星遙控遙測系統所登記的頻段是衛星無線電定位業務頻段。二是地面標校和控制系統，主要由一個地面中心定位控制站與分布在全國各地的多個參考標校站組成，在地面中心定位控制站中配備有電子高程衛星圖。三是用戶端，主要是用戶的導航定位設備。

北斗衛星導航系統能夠在全球范圍內，全時段不間斷地為需求用戶提供高精準定位、高精度導航服務，還具備了一定的短報文通信功能，并在一定程度上具備了授時、區域導航以及定位的能力。2018年底，我國北斗三號基地系統構建完成并投入使用，這就標志著我國北斗系統開始進入為全球提供定位導航服務的時代[2]。

3北斗衛星導航系統的精度要求與特點分析

3.1北斗衛星導航系統的精度要求

北斗衛星導航系統主要是向全球用戶提供高標準、高質量的導航、定位以及授時服務，此系統主要包括兩方面的功能：一是開放服務;二是授權服務。定位精度控制在高程10m、平面10m，測速精度控制在0.2m/s，授時精度控制在單向50ns。并且，開放服務中不提供高精度的雙向授時。開放服務主要指的是北斗衛星導航系統面向全球用戶免費提供的測速、定位以及授時服務，定位精準度控制在10m，測速精準度控制在0.2m/s，授時精準度控制在10ns。北斗衛星導航系統的授時服務主要的服務對象是具有高可靠與高精度衛星導航需求的用戶，北斗衛星導航系統可以為此類用戶提供高精準度的測速、定位、授時以及通信服務功能，與此同時，還可以提供精準的系統完好性信息數據，從而滿足不同客戶的實際需求。

3.2北斗衛星導航系統的主要特點

一是北斗衛星導航系統空間段主要采用混合星座，由3種軌道衛星共同組成，與其他衛星導航系統相比較而言，北斗衛星導航系統中高軌道衛星數量更多，其所具備的抗遮擋能力就會更強，特別是在一些緯度相對較低的區域，抗遮擋能力特點表現得非常明顯。二是北斗衛星導航系統的導航信號能夠提供多個頻點，因此，可以通過使用多頻信號組合的形式為客戶提供高精準度的定位、導航等服務。三是北斗衛星導航系統將通信能力與導航定位能力進行了不斷的完善與創新，因此，北斗衛星導航系統具備5項先進的功能：精準授時、快速定位、實時導航、短報文通信以及位置報告服務等。

4北斗衛星導航系統所具備的創新屬性以及要素特點

4.1北斗衛星導航系統具備的相對優勢

相對優勢主要指的是一項創新性的技術，相對于原有的技術或解決方案來講更具有優越性。北斗衛星導航系統的相對優勢主要表現在兩個方面：一是強勁的技術性能;二是領先的部署規模。過去較長時間內，美國一直占據著全球衛星定位導航領域的科技前沿地位，但隨著我國科學技術的飛速進步，我國北斗衛星導航系統經過多年的發展已經超越了美國的GPS規模。從2000年我國第一顆北斗導航衛星發射開始，到2020年6月，我國一共發射了59顆北斗導航衛星，超過一半的聯合國組織成員國可以觀測到相對于美國GPS系統來講部署數量非常多的北斗導航衛星。與此同時，我國北斗衛星導航系統具備收發信號的雙向功能，并且可以在沒有通信基站的前提情況下，可以充分的啟用短報互文的重要功能和外界進行有效的聯系。我國北斗衛星導航系統因為具備了短報互文功能之后，就使得自身的應用范圍更加的廣泛，從根本上擺脫了依賴通信基站的傳統模式[3]。

4.2北斗衛星導航系統的兼容性特征

新技術開發過程中的兼容性程度越高，越有助于創新技術背身被大眾接納，提升創新技術被有效利用的時間周期。2017年底，為了有效地促進我國北斗衛星導航系統和美國GPS系統最終達到終端兼容的目標，我國與美國共同簽署了相關兼容和互操作的聯合聲明，自此在國際電聯框架背景下，實現了我國北斗衛星導航系統與美國GPS導航系統射頻兼容。在進行了有效的兼容之后，兩個系統中的民用信號能夠充分地實現相互操作，廣大用戶可以在沒有顯著增加成本的前提之下同時使用GPS民用信號與北斗衛星導航信號，從而享受到更加優質的服務。廣大用戶可以根據自身情況靈活地選取衛星導航系統，避免了以往只能單純地使用某一種導航系統的情況，從而使我國北斗衛星導航系統可以為全球廣大用戶提供更加優質的服務[4]。

4.3北斗衛星導航系統的復雜性程度較低

復雜性主要指的是獨立個體對技術的理解與使用的繁瑣程度，一項新技術包含的操作復雜程度越低，在普及與傳播的過程中就越容易得到大范圍的使用與推廣。得益于我國北斗相關產業的不斷創新與發展，在市場競爭過程中，眾多導航定位芯片、模塊以及板卡等重要的電子元器件生產廠家逐漸生產處理便捷、易于操作的相關產品，從而有效地支持接收北斗衛星導航系統的信號。廣大用戶在購買了相關定位芯片以及卡板等技術零件之后，能夠便利地與北斗衛星導航系統進行信號數據的較好鏈接，有效避免了客戶再進行自主研制衛星信號收發設備的繁瑣過程。

5北斗衛星導航系統的擴散特征

5.1跳躍性的創新到決策過程

創新擴散模式在創新擴散理論中被定義為幾個重要的過程，按發展順序分別為認知過程、說服過程、決策過程、實施過程以及確認過程。我國北斗衛星導航系統在創新擴散過程中直接將說服與決策過程進行了合理的跳躍，直接從認知階段進入了實施和確認過程。北斗衛星導航系統縮短創新決策過程的主要原因表現在以下兩點：一是隨著科技的不斷發展，目前國際范圍中共有四大衛星導航系統可供廣大用戶使用，分別為我國的北斗衛星定位導航系統、美國GPS系統、歐盟GALILEO以及俄羅斯GLONASS系統。用戶通過自己購買的接收設備來逐一試用每個衛星導航系統的過程中，可以發現，我國北斗衛星導航系統在定位精準度以及信號強度方面具備更強勁的技術性能，因此獲得了更多客戶的青睞。二是我國北斗衛星導航系統的使用付費方式具備新穎性特點。用戶不用直接向北斗衛星系統進行使用費用的支付，只是在購買相關接受設備之后繳納相應的流量服務費用，并且流量服務費用每年都相對穩定，不會明顯增加客戶的使用成本，因此，也就不需要用戶在勸服和決策過程中花費大量的時間，可以進行直接實施和確認環節。

5.2隨著時間的累積，用戶使用數量不斷的增長

根據我國信息通信研究院公開的數據分析得出，北斗衛星導航系統中的快速定位服務用戶使用數量在不斷攀升。由此可以判斷出，我國北斗衛星導航系統在未來的發展過程中，產業容量與增長情勢非常樂觀。呈現較高的用戶增長率和北斗衛星導航系統的迅速擴散有兩方面的主要原因：一方面，我國北斗衛星導航系統在技術與創新方面不僅存在明顯的優勢，而且用戶在實際的使用過程中沒有明顯地增加自身的經濟成本;另一方面，在推廣與普及北斗衛星導航系統的過程中，我國政府相關部門面向國際與國內社會都采取了具有針對性的策略，充分表現出了國家作為技術創新代理人的顯著影響。

6北斗衛星導航系統的創新路徑

6.1制定我國北斗衛星導航系統授時與定位的相關政策

對于科學技術產業的發展來講，國家部門的相關政策和方針發揮著重要的引導作用。根據同系統發展過程分析得知，在美國GPS系統的發展過程中，美國政府頒布了一系列的相關系統應用政策，引導和鼓勵商用、民用以及科學方面對GPS系統的有效應用。所以，在北斗衛星導航系統的推廣與普及過程中，我國政府相關部門也應該制定相應的各種政策，不僅對接受設備應用與管理制定相應的政策，還應當引導和鼓勵北斗衛星系統向產業化方向發展。在相關政策的制定過程中，對于北斗衛星系統授時與定位導航政策應當包含以下內容：一是明確北斗衛星導航系統在我國國防建設與國民經濟發展中的重要地位;二是確定我國北斗衛星導航系統的應用政策、建設管理以及相應的管理部門;三是明確規劃未來一段時期內我國北斗衛星導航系統的推廣以及發展目標;四是從政府層面對北斗衛星導航系統的應用與開發提供相應的支持政策或是經濟鼓勵;五是在對外關系處理過程中確定我國北斗衛星導航系統的發展原則等[5]。

6.2制定我國衛星導航系統邁向產業化的相關政策

在我國政府制定北斗衛星導航系統授時與定位導航相關政策的同時，還應當制定出關于我國衛星導航定位系統邁向產業化的切實可行的相關方針與政策，從而有效地構建起具有我國特色社會主義特點的衛星定位導航產業化體系。在此過程中，我國衛星定位導航產業化政策措施主要內容包含了以下幾點：一是確立在我國信息化發展中衛星定位導航系統的關鍵地位;二是總結與研究現階段我國衛星到導航定位系統在產業化發展進程中應當解決的各種問題，以及衛星定位導航系統的未來應用方向;三是科學地分析我國北斗衛星導航系統與國際上先進的衛星定位導航系統的優缺點，從而有效地提升我國北斗衛星導航系統的技術性能，在此基礎之上，努力構建與國際先進衛星導航系統之間的有效關聯;四是確定我國衛星導航系統授時與定位等技術的發展方向與目標;五是從政府層面制定出相應的可以有效促進我國衛星導航定位和授時的相關產業化技術政策等。

6.3構建實施北斗系統應用過程中的示范典型工程

我國北斗衛星導航系統不僅可以為廣大用戶提供精準的定位與導航服務，還可以為用戶提供短信通信等方面的技術服務。根據北斗衛星導航系統的這些優勢，可以采取有效的措施與政策，將其合理地推廣和普及到通信技術比較薄弱卻非常急需此項技術的相關行業當中[6-7]。比如國家邊防、森林防火等行業。此類急需此項技術的行業可以申請國家立項，由相關政府部門將資金投入到北斗衛星導航系統的示范應用工程當中，從而有效地推進我國北斗衛星導航系統在各領域中的普及與廣泛應用，合理提高社會與經濟效益的同時，為衛星導航系統的進一步研發打下堅實的基礎。

7結語

綜上所述，隨著北斗衛星導航系統的不斷發展與創新，其主要技術性能已經應用到社會的各個領域當中，因此我國相關政府部門應當對此項高新技術提供強大的政策與資金支持，從而有效地推動北斗衛星導航系統的可持續發展。

參考文獻

[1]王爾申，舒皖森，劉云天，等.基于北斗/5G的航空應急救援信息優化處理技術研究[J/OL].電子測量技術：1-7[2022-02-11].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2175.TN.20220117.1209.004.html.

[2]李光濤.基于北斗衛星的PNT體系應用評價指標體系的研究與構建[J].技術與市場，2022，29（1）：37-39.

[3]陳穎，盧鋆，劉成，等.北斗衛星導航系統國際民航標準重點問題研究與指標驗證[J/OL].天文研究與技術：1-14[2022-02-11].DOI：10.14005/j.cnki.issn1672-7673.20220113.001.

[4]姚雙雙，韓廣廣，孫超.基于北斗高精度定位的城市交通精準治理應用研究[C]//第十六屆中國智能交通年會科技論文集.2021：194-205.

[5]高澤晉.北斗衛星導航系統的擴散特征與創新代理路徑研究[J].中國科技論壇，2021（9）：10-19.

[6]楊帥.基于北斗的野外考察系統的設計與實現[D].西寧：青海師范大學，2021.

[7]侯翔.基于北斗導航的農機自動駕駛系統構建與經濟效益研究[D].揚州：揚州大學，2020.